鋼箱梁橋焊縫的超聲波探傷技術(shù)探討

趙志杰

(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

鋼箱梁橋焊縫的超聲波探傷技術(shù)探討

趙志杰

(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

在鋼箱梁橋構(gòu)件中，腹板、頂板以及底板的拼接均為全熔透對(duì)接焊縫。采用超聲波探傷技術(shù)對(duì)焊縫的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，不僅可以確保鋼箱梁焊接質(zhì)量，同時(shí)還可以檢驗(yàn)焊縫內(nèi)部缺陷情況。文章結(jié)合鋼箱梁橋施工實(shí)例，探討超聲波探傷技術(shù)在鋼箱梁橋焊縫檢驗(yàn)中的應(yīng)用。

鋼箱梁橋；焊縫；超聲波

0 引言

隨著我國交通事業(yè)的不斷發(fā)展，鋼制橋梁在高速公路中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在鋼制橋梁中，往往需要進(jìn)行焊接施工。根據(jù)相關(guān)的要求，對(duì)于焊透的焊縫需要進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)(超聲波探傷技術(shù)是一種無損檢驗(yàn)技術(shù)[1])。采用超聲波探傷技術(shù)對(duì)焊透的焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)焊縫施工質(zhì)量，可使得鋼箱梁橋施工質(zhì)量得到保障。

1 工程概況

本工程為某高速公路施工建設(shè)項(xiàng)目。在該工程中，該橋梁的橋型為鋼箱梁橋，其寬度較大。在鋼箱梁橋的施工過程中，鋼箱梁橋的腹板和頂板、底板的連接全部為全溶透角焊縫。對(duì)焊接、焊縫的質(zhì)量要求比較高，要對(duì)焊接的縫隙進(jìn)行檢測(cè)，以保證橋梁焊接的工程質(zhì)量。此項(xiàng)工程采用超聲波探傷技術(shù)對(duì)焊縫的施工質(zhì)量進(jìn)行具體的檢測(cè)，以下將對(duì)超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行具體闡述。

2 超聲波檢測(cè)方案

采用超聲波的檢測(cè)，需要建立在對(duì)工程施工的材質(zhì)掌握的基礎(chǔ)上，本工程采用Q345q(D)鋼的箱梁材質(zhì)，12～20 mm的腹板厚度，14～20 mm的頂板、底板厚度，橋梁的寬度在35～50 m。根據(jù)要求，角焊的焊腳尺寸應(yīng)控制在0.7倍的腹板厚度，對(duì)接焊縫的余高應(yīng)控制在4 mm以內(nèi)。

焊縫中存在的主要缺陷問題包括體積型缺陷和平面型缺陷，尤其是針對(duì)于平面型缺陷，這些缺陷會(huì)在使用過程中出現(xiàn)擴(kuò)大的情況，其會(huì)存在較大的危害性，因此應(yīng)當(dāng)禁止出現(xiàn)平面型缺陷。一般情況下，平面型缺陷主要包括裂縫以及未焊透等[2]。

3 超聲波檢測(cè)工藝

3.1 設(shè)備和試塊

(1)探傷儀。本工程進(jìn)行焊縫檢測(cè)采用的探傷儀為PXUT-320型數(shù)字式超聲波探傷儀。

(2)探頭。針對(duì)于角焊縫、縱向?qū)雍缚p以及橫向?qū)雍缚p檢測(cè)時(shí)，其主要采取橫波斜探頭。如表1所示為探頭的技術(shù)指標(biāo)要求。

表1 探頭的技術(shù)指標(biāo)要求

(3)試塊。本工程鋼箱梁橋腹板的厚度包括三種，分別為12 mm、14 mm以及20 mm，針對(duì)不同厚度制成不同試塊進(jìn)行對(duì)比，如圖1所示為對(duì)比試塊的尺寸圖。

圖1 對(duì)比試塊的尺寸圖

針對(duì)腹板鋼板較薄，存在較窄的角焊縫寬度，從而導(dǎo)致較難分辨探傷中的底波和缺陷波。采用腹板的對(duì)比試塊制作出厚度為12 mm、14 mm和20 mm的DAC曲線，再校核儀器即可檢測(cè)出缺陷。

3.2 檢驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)檢測(cè)面

對(duì)接焊縫與角焊縫均采用B級(jí)檢驗(yàn)等級(jí)。在腹板上對(duì)T型焊縫進(jìn)行探傷時(shí)，考慮到尺寸的限制，需要采用探頭在雙面單側(cè)進(jìn)行檢測(cè)[3]。如圖2所示為T型焊縫探傷示意圖。

圖2 T型焊縫探傷示意圖

對(duì)于探頭移動(dòng)區(qū)域內(nèi)應(yīng)進(jìn)行清理，將其內(nèi)的鐵屑、油垢等全部清除干凈，以確保超聲波檢測(cè)的效果。

(2)耦合劑

耦合劑應(yīng)采用具有良好透聲性和流動(dòng)性的液體或者糊狀物，并且應(yīng)容易進(jìn)行清除，不會(huì)對(duì)人體和被檢測(cè)物的表面造成損傷。

3.3 儀器的調(diào)節(jié)和校驗(yàn)

(1)DAC曲線的繪制。DAC曲線的繪制的主要數(shù)據(jù)來源分為兩個(gè)方面：(1)對(duì)接焊縫的有關(guān)數(shù)據(jù)；(2)角焊接的有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)接焊縫主要是在RB-2型試塊上實(shí)測(cè)的直徑3 mm橫通孔進(jìn)行，角焊縫主要在鐵路鋼橋制造專用的直徑1 mm的孔柱上進(jìn)行，主要的曲線要求如表1所示。

表2 繪制DAC曲線的靈敏度要求表

在本工程中，所采用的鋼板厚度一般是在12～30 mm之間。在采用超聲波對(duì)焊縫的缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過采取一次反射法和直射法。在檢測(cè)過程中，通常采用深度1∶1定位，這樣可以有效觀測(cè)反射波。同時(shí)結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，鋼構(gòu)件表面的耦合損失以及材質(zhì)的衰減補(bǔ)償設(shè)置為4 dB。

(2)校驗(yàn)儀器。為了能有效提高檢驗(yàn)質(zhì)量要求，檢驗(yàn)前應(yīng)當(dāng)對(duì)儀器采取校驗(yàn)，主要是針對(duì)DAC曲線和基線掃描比例。結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，校驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)控制在2個(gè)以上。一般情況下，每檢測(cè)4 h或者在檢測(cè)工作完成之后，需要進(jìn)行一次儀器的校驗(yàn)。

3.4 檢驗(yàn)

在檢驗(yàn)過程中，對(duì)掃查的速度是有要求的，一般來講要控制在150 m/s以內(nèi)。相鄰探測(cè)頭掃描的區(qū)間要有重疊，重疊部分要保證在10%以上。由于本項(xiàng)工程的特殊性，特別是角焊部分結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以在腹板處采用直射波進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，如果輻波超過評(píng)定線，要考慮相關(guān)的各種因素以判定其是否為缺陷，一般考慮的因素包括探頭位置、方向以及反射波的位置等。對(duì)于經(jīng)過檢測(cè)確認(rèn)為缺陷的焊縫位置，需要設(shè)置標(biāo)記。

3.5 缺陷的判定

(1)檢測(cè)缺陷定位定量。根據(jù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)來判斷缺陷的情況，當(dāng)反射波的波幅大于定量線時(shí)，則可以判定其為缺陷，并需要明確其位置等[4]。

(2)測(cè)定出缺陷位置。測(cè)定缺陷的位置要根據(jù)分析的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行，正常情況下缺陷的位置要通過綜合分析反射波的位置來進(jìn)行確定。

(3)確定出缺陷大小。針對(duì)條狀缺陷，鑒于缺陷長度超過聲束的直徑，因此判定該類型缺陷長度主要是采取端點(diǎn)半波高度法或者半波高度法。

另外，針對(duì)對(duì)接焊縫中存在的點(diǎn)狀缺陷，判定該類型缺陷主要是結(jié)合RB-2型試塊上回波幅值之間的差值和回波幅值為依據(jù)。而針對(duì)角焊縫中存在的點(diǎn)狀缺陷，可以采用回波幅值和標(biāo)準(zhǔn)試塊的回波幅值之間的差值作為點(diǎn)狀缺陷大小的判定依據(jù)。

(4)缺陷的評(píng)定

當(dāng)母材板的厚度在10～56 mm之間時(shí)，可通過超聲波探傷缺陷評(píng)定表(見表3)中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行缺陷等級(jí)的評(píng)定。如果在檢測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)焊縫中存在裂紋、未熔合以及未焊透等危害性缺陷時(shí)，即可直接判定該焊縫為不合格焊縫。在判定時(shí)，需要注意的是，如果母材板的厚度不相同，應(yīng)按照兩塊板的厚度澆薄者進(jìn)行評(píng)定。如果缺陷的指示長度在8 mm以內(nèi)時(shí)，按照5 mm計(jì)。

表3 超聲波探傷缺陷評(píng)定表

3.6 檢測(cè)結(jié)果判定

本工程通過超聲波探傷檢測(cè)，所得結(jié)果如表4所示。

表4 質(zhì)量等級(jí)表

4 結(jié)語

針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工，焊縫施工質(zhì)量檢測(cè)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文結(jié)合某一較大寬度鋼箱梁橋，對(duì)鋼箱橋腹板與頂板、底板的全熔透角焊縫連接采取超聲波探傷分析。本工程實(shí)施效果表明，超聲波探傷在鋼箱橋焊縫檢測(cè)中具有可行性，本工程所采取的超聲波探傷檢測(cè)方案能準(zhǔn)確對(duì)焊縫連接質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，可為鋼箱橋施工提供有效指導(dǎo)。

[1]張 閩.鋼結(jié)構(gòu)橋梁焊縫超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究[D].西安：長安大學(xué)，2011.

[2]張代立.焊縫超聲波探傷異常反射波的分析與判斷[J].山西建筑，2010(36)：49-50.

[3]孫 凱，郭 偉，肖方志.超聲波探傷系統(tǒng)檢測(cè)焊縫的研究[J].科技視界，2014(12)：217.

[4]王維國，吳海兵，馬燕銘.插入式接管角接接頭超聲波探傷缺陷定位[J].無損檢測(cè)，2009(10)：803-805.

Discussions on Ultrasonic Flaw Detection Technology for Weld Seams of Steel-box Girder Bridge

ZHAO Zhi-jie

(Xinjiang Transportation Planning Surveying and Design Institute，Urumqi，Xinjiang，830000)

In the structures of steel-box girder bridges，the splicing of web plates，top plates and bottom plates is all the whole-penetration butt welds.The use of ultrasonic flaw detection technology to test the quality of welds can not only ensure the welding quality of steel-box girder bridges，but also can check the internal defects of welds.Combined with the construction example of steel-box girder bridge，this article discussed the application of ultrasonic flaw detection technology in weld seam inspection of steel-box girder bridge.

Steel-box girder bridge；Weld seams；Ultrasonic wave

趙志杰(1987—)，助理工程師，從事路橋檢測(cè)工作。

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.12.015

1673-4874(2016)12-0051-03

2016-10-22